ghrelina – nowy hormon reguluj¥cy nie tylko pobieranie pokarmu i
advertisement
GHRELINA HORMON REGULUJ¥CY HOMEOSTAZÊ ENERGETYCZN¥ I SEKRECJÊ GH POSTÊPY BIOLOGII KOMÓRKI 257 TOM 32 2005 NR 2 (257272) GHRELINA NOWY HORMON REGULUJ¥CY NIE TYLKO POBIERANIE POKARMU I WYDZIELANIE HORMONU WZROSTU GHRELIN REGULATION OF FEEDING, GROWTH HORMONE RELEASE AND OTHER ACTIONS OF A NEW HORMONE Zbigniew KMIEÆ, Magdalena WYRZYKOWSKA Katedra Histologii i Immunologii Akademii Medycznej w Gdañsku Streszczenie: Ghrelina to peptyd stanowi¹cy endogenny ligand receptora syntetycznych stymulatorów wydzielania hormonu wzrostu, GHS-R. Ghrelina syntetyzowana jest g³ównie w komórkach X/A ¿o³¹dka, a w mniejszych ilociach tak¿e w podwzgórzu, przysadce mózgowej, jelitach, korze nadnerczy, gonadach, ³o¿ysku, kardiomiocytach, limfocytach T i monocytach. Peptyd ten zwiêksza uwalnianie hormonu wzrostu dzia³aj¹c na przysadkê mózgow¹ bezporednio i porednio, synergistycznie z somatoliberyn¹. Ghrelina to jedyny hormon obwodowy pobudzaj¹cy apetyt i pobieranie pokarmu poprzez stymulacjê komórek wydzielaj¹cych neuropeptyd Y i AgRP w j¹drze ³ukowatym podwzgórza oraz hamowanie anoreksygennego dzia³ania melanokortyny. Stê¿enie ghreliny we krwi ronie w stanach ujemnego bilansu energetycznego, jest te¿ obni¿one u osób oty³ych. Ponadto ghrelina pobudza wydzielanie kwasu solnego oraz motorykê ¿o³¹dka i jelit dzia³aj¹c za porednictwem nerwu b³êdnego, wp³ywa na proliferacjê niektórych rodzajów komórek, wywiera efekty gastro- i kardioprotekcyjne. S³owa kluczowe: ghrelina, kontrola pobierania pokarmu, wydzielanie GH. Summary: Ghrelin, an acetylated peptide composed of 28 amino-acids, is an endogenous ligand for the growth hormone secretagogues receptor, GHS-R. Ghrelin is mainly produced by the X/A cells of the oxyntic glands in the stomach and, to a much lesser extent, in hypothalamus, pituitary, adrenal gland, intestine, gonads, heart, T lymphocytes, and monocytes. Ghrelin increases growth hormone secretion independently on and synergistically with somatoliberin. It is the only peripheral hormone that increases appetite and food intake by stimulating hypothalamic neurons that secrete key orexinogens, neuropeptide Y and AgRP, and by inhibiting anorexigenic α-MSH neurons. Serum level of ghrelin increases during fasting and becomes suppressed by refeeding and in obesity. Ghrelin increases secretory activity and motility of stomach and ileum, induces proliferation of some cell lines and shows gastro- and cardioprotective properties. Key words: ghrelin, feeding regulation, GH secretion, energy homeostasis. 258 Z. KMIEÆ, M. WYRZYKOWSKA ODKRYCIE I WYSTÊPOWANIE GHRELINY Pobieranie pokarmu stanowi podstawow¹ funkcjê ¿yciow¹ organizmu kontrolowan¹ przez z³o¿one uk³ady regulacyjne obejmuj¹ce cis³e wspó³dzia³anie procesów nerwowych i endokrynnych. W ostatnim dziesiêcioleciu odkryto wiele nowych peptydów bior¹cych udzia³ w regulowaniu homeostazy energetycznej ustroju. Jednym z nich jest ghrelina, 28-aminokwasowy peptyd o masie cz¹steczkowej 3,3 kDa, maj¹cy resztê kwasu oktanowego (C8:0) zwi¹zan¹ z seryn¹ (Ser3); obecnoæ reszty acylowej warunkuje aktywnoæ biologiczn¹ peptydu umo¿liwiaj¹c jego wi¹zanie siê z receptorami typu GHS-R1a oraz u³atwiaj¹c przenikanie przez barierê krew-mózg [7,42]. Ghrelina okaza³a siê byæ intensywnie poszukiwanym, endogennym ligandem sklonowanego wczeniej receptora (GHS-R) syntetycznych zwi¹zków pobudzaj¹cych wydzielanie hormonu wzrostu (GHS, GH secretagogues) z komórek somatotropowych przysadki mózgowej. Jak dot¹d poznano dwie izoformy receptora, aktywn¹ biologicznie postaæ GHS-R1a oraz nieaktywny GHS-R1b, które wystêpuj¹ w podwzgórzu, hipokampie, pniu mózgu, przysadce mózgowej, trzustce oraz w wielu innych narz¹dach [65]. Nale¿y zaznaczyæ, ¿e receptory GHS ró¿ni¹ siê istotnie od receptorów somatoliberyny, GHRH, która jest g³ównym naturalnym stymulatorem wydzielania hormonu wzrostu. Nazwê hormonu utworzono w oparciu o s³owo ghre, które stanowi w jêzyku proto-indoeuropejskim rdzeñ s³owa wzrost, oraz przyrostek relin wskazuj¹cy na udzia³ peptydu w uwalnianiu GH (ang. release). Gen ludzkiej ghreliny, z³o¿ony z 4 egzonów i 3 intronów, zlokalizowany jest na chromosomie 3 (w locus 3p25-26) [42], u cz³owieka ma on dwa miejsca inicjacji transkrypcji [40]. Ghrelina powstaje w wyniku proteolizy znacznie d³u¿szego prekursora, preproghreliny, zbudowanego ze 117 aminokwasów. Ghreliny szczura i cz³owieka ró¿ni¹ siê 2 aminokwasami, a ludzki gen koduj¹cy preproghrelinê jest homologiczny ze szczurzym w 82% [42]. Gen ghreliny ma³p Rhesus jest w 91% homologiczny z ludzkim, za sam peptyd ró¿ni siê od ludzkiego tylko 1 aminokwasem [2]. W ¿o³¹dku szczura dojrza³y peptyd kodowany jest przez egzon 1 i 2, w wyniku alternatywnego sk³adania pierwotnego transkryptu powstaj¹ dwa peptydy o identycznych w³aciwociach biologicznych: w³aciwa ghrelina utworzona przez 28 aminokwasów oraz des-Gln14-ghrelina zbudowana z 27 aminokwasów (w pozycji 14 brak glutaminy), izoformy te nie ró¿ni¹ siê aktywnoci¹ biologiczn¹ [3,42]. W ¿o³¹dku cz³owieka wystêpuj¹ jeszcze inne formy ghreliny powstaj¹ce w rezultacie potranslacyjnych modyfikacji peptydu [34]. Zawartoæ des-Gln14-ghreliny w ¿o³¹dku jest bardzo niska i dlatego istotne znaczenie biologiczne przypisywane jest ghrelinie [42]. ¯o³¹dek i jelito cienkie wydzielaj¹ do krwi znaczne iloci nieacylowanej ghreliny [34], która nie wp³ywa na wydzielanie hormonu wzrostu i nie aktywuje receptora GHS-R1a [9,42], pobudza natomiast, podobnie jak acylowana ghrelina [17], adypogenezê w szpiku kostnym [70] oraz antagonizuje hamuj¹cy wp³yw ghreliny na wydzielanie insuliny i stê¿enie glukozy we krwi [10]. Jak dot¹d mechanizm do³¹czania reszty acylowej do peptydu nie zosta³ poznany. Obecnoæ ghreliny wykryto pocz¹tkowo w ziarnistociach sekrecyjnych typu A komórek endokrynnych gruczo³ów w³aciwych trzonu i dna ¿o³¹dka szczura [22,42,59] GHRELINA HORMON REGULUJ¥CY HOMEOSTAZÊ ENERGETYCZN¥ I SEKRECJÊ GH 259 oraz w odpowiadaj¹cym im komórkach z ziarnistociami typu P/D1 w ¿o³¹dku cz³owieka lub typu X w ¿o³¹dku psa [59]. Badania immunocytochemiczne na poziomie ultrastruktury wykaza³y, ¿e w ¿o³¹dku ssaków [59] komórki syntetyzuj¹ce ghrelinê tworz¹ doæ liczn¹ populacjê komórek hormonalnie czynnych, które stanowi¹ 2025% wszystkich komórek endokrynnych b³ony luzowej ¿o³¹dka [68]. Gastrektomia powoduje spadek poziomu ghreliny w surowicy krwi ludzi o 65% [3], a u szczura o 80% [23], co wskazuje na syntezê tego hormonu tak¿e poza ¿o³¹dkiem. Wystêpowanie ghreliny w innych narz¹dach przedstawiono w tabeli 1. Zwraca uwagê obecnoæ peptydu nie tylko w komórkach enteroendokrynnych ciany jelita i trzustki, ale równie¿ w podwzgórzu, czêci gruczo³owej przysadki mózgowej oraz innych gruczo³ach dokrewnych. U cz³owieka mRNA ghreliny wykryto przy pomocy czu³ej techniki PCR praktycznie we wszystkich badanych narz¹dach i komórkach, co mo¿e wskazywaæ na liczne funkcje tego peptydu poza orodkowym uk³adem nerwowym [27]. Ponadto mRNA/peptyd ghreliny obecne s¹ w wielu nowotworach wywodz¹cych siê z komórek endokrynnych [26]. RECEPTORY GHRELINY I MECHANIZMY WEWN¥TRZKOMÓRKOWEJ TRANSDUKCJI SYGNA£U Odkryto dwa podtypy receptora, aktywny biologicznie GHS-R1a oraz nieaktywny GHSR1b [65]. Gen koduj¹cy GHS-R zawiera dwa egzony, jest on zlokalizowany na chromosomie 3 (3q26.2) [56]. GHS-R1a zbudowany jest z 366 aminokwasów, a jego masa cz¹steczkowa wynosi 41 kDa, nale¿y on do grupy receptorów o siedmiu domenach transb³onowych sprzê¿onych z bia³kami G. Natomiast GHS-R1b zbudowany jest z 289 aminokwasów, które tworz¹ 5 domen transb³onowych [65]. Ludzki GHS-R1a jest homologiczny w stosunku do szczurzego w 96%, a w stosunku do receptora wini w 93% [56]. Receptory ghreliny typu GHS-R1 wystêpuj¹ we wszystkich komórkach syntetyzuj¹cych ghrelinê, w wielu strukturach uk³adu nerwowego, które nie wykazuj¹ obecnoci mRNA ghreliny, a tak¿e w tkankach obwodowych (tab. 1). Wiêkszoæ danych przedstawionych w tabeli 1 uzyskano przy pomocy techniki PCR, w której stosowano startery nieodró¿niaj¹ce genu GHS-R1a od genu GHS-R1b. Po zastosowaniu odpowiednich starterów siln¹ ekspresjê genu GSR-1a zaobserwowano w podwzgórzu, przysadce mózgowej oraz, na znacznie ni¿szym poziomie, w tarczycy, trzustce, ledzionie, miêniu serca i nadnerczach, a wiêc w ograniczonej liczbie narz¹dów [27]. Natomiast obecnoæ mRNA receptorów typu GHS-R1b wykryto w znacznie wiêkszej liczbie narz¹dów [27]. Aktywnoæ metaboliczna nieacylowanej postaci ghreliny, która nie jest ligandem receptorów GHS-R1a, wskazuje na istnienie niezidentyfikowanej jeszcze innej podgrupy receptorów ghreliny [9,70]. Pod wzglêdem wystêpowania receptorów typu GHS w obrêbie przewodu pokarmowego wystêpuj¹ doæ du¿e ró¿nice miêdzygatunkowe [21]. W orodkowym uk³adzie nerwowym (OUN) przy³¹czenie do receptora GHS-R agonistów naturalnych (ghreliny i des-Gln14-ghreliny) oraz syntetycznych stymulatorów wydzielania hormonu wzrostu (m.in. heksareliny i niepeptydowego agonisty MK-0677) prowadzi do aktywacji fosfolipazy C i podwy¿szenia wewn¹trzkomórkowego stê¿enia trójfosforanu inozytolu i jonów wapnia [42]. Zjawisko to jest skutkiem nap³ywu wapnia 260 TABELA 1. Wystêpowanie ghreliny (mRN A i/lub peptyd) oraz receptorów GHS- R Lokalizacja ghreliny [21,22, 2 3 ,4 2 ,6 0 ] [19,42,46] [14,43] [76] [60] [1,27] [50] [42] [2] [35] [26] [27] [25,79] Wszystkie komórki syntetyzuj¹ce ghrelinê (s¹siednia kolumna) oraz orodkowy uk³ad nerwowy: podwzgórze (ARC, PVN , DMV, LHA), pieñ mózgu, j¹dro traktu samotnego i pole najdalsze, hipokamp, istota czarna, grzbietowe i brzuszne j¹dro szwu, pole brzuszne nakrywki, zakrêt zêbaty Przysadka mózgowa Tarczyca K ora nadnerczy, gonady, p³uca, w¹troba Wyspy trzustkowe ¯o³¹dek i jelita Serce Limfocyty T, monocyty [29,46,76] [14,43] [29] [1,26,29] [76] [21,22] [6,15,35] [25,79] Z. KMIEÆ, M. WYRZYKOWSKA Przewód pokarmowy (¿o³¹dek: trzon i dno > wpust ¿o³¹dka>dwunastnica > jelito cienkie > jelito grube) Podwzgórze (j¹dro ³ukowate, grupa komórek wokó³ komory III) Przysadka mózgowa (komórki somato- , lakto- i tyreotropowe) Wyspy trzustkowe (brak u doros³ych szczurów) Tarczyca p³odu K ora nadnerczy (warstwa k³êbkowata) N erka K omórki t³uszczowe Miênie szkieletowe Miesieñ sercowy i aorta J¹dro (komórki Leydiga i Sertoliego) £o¿ysko Limfocyty T i monocyty Wystêpowanie receptorów GHS GHRELINA HORMON REGULUJ¥CY HOMEOSTAZÊ ENERGETYCZN¥ I SEKRECJÊ GH 261 przez kana³y typu N, przy czym efekt ten zale¿ny jest równie¿ od powstania cAMP oraz aktywacji kinazy bia³kowej A [43]. Podobnie jak receptory innych hormonów, GHS-R1a podlega tak¿e internalizacji i recyrkulacji: po zwi¹zaniu ghreliny kompleks ligand-receptor ulega przemieszczeniu w postaci pêcherzyka endocytarnego do okolicy oko³oj¹drowej w ci¹gu ok. 60 minut, za powrót receptora do b³ony komórkowej nastêpuje po ok. 6 godzinach [13]. WP£YW GHRELINY NA ORODKI KONTROLUJ¥CE POBIERANIE POKARMU I RÓWNOWAGÊ ENERGETYCZN¥ Wysuniêta w latach piêædziesi¹tych ub. wieku dualistyczna koncepcja orodkowej kontroli homeostazy energetycznej przez orodek g³odu zlokalizowany w okolicy bocznej podwzgórza (LH, lateral hypothalamic area) oraz przez orodek sytoci w j¹drze brzuszno-przyrodkowym podwzgórza (VMN, ventromedial hypothalamic nucleus) uleg³a znacznej modyfikacji w ci¹gu ostatnich kilkunastu lat. Uwa¿a siê obecnie, ¿e w obrêbie podwzgórza funkcjonuje kilka nak³adaj¹cych siê na siebie czynnociowych sieci neuronalnych, które operuj¹ wykorzystuj¹c neurony zlokalizowane w podwzgórzu i pniu mózgu. Najwa¿niejsze znaczenie przypisywane jest obecnie j¹dru ³ukowatemu (ARC, arcuate hypothalamic nucleus), które odbiera sygna³y hormonalne i nerwowe (z innych struktur mózgowia) oraz j¹dru przykomorowemu (PVN, paraventricular nucleus), które ma pe³niæ, w niewyjaniony dok³adnie sposób, rolê generatora bodców wyzwalaj¹cych z³o¿one aktywnoci zwi¹zane z pobieraniem pokarmu. Istotne znaczenie przypada te¿ strukturom pnia mózgu (odbiór bodców nerwowych z przewodu pokarmowego oraz sygna³ów hormonalnych i metabolicznych docieraj¹cych drog¹ krwi), a tak¿e j¹dru grzbietowo-przyrodkowemu podwzgórza (DMN, dorsomedial nucleus) i j¹dru oko³osklepieniowemu (perifornical nucleus) [36]. Podwzgórzowy uk³ad kontroli przyjmowania pokarmu w krótkiej perspektywie czasowej (mniej lub bardziej regularne epizody ³aknienia i spo¿ywania pokarmu w ci¹gu doby) oparty jest na antagonizmie najsilniejszego zwi¹zku oreksygennego, neuropeptydu Y (NPY), który jest wytwarzany g³ównie w neuronach ARC oraz jednej z melanokortyn, anoreksygennego hormonu melanotropowego (α-MSH) powstaj¹cego w neuronach podwzgórza wytwarzaj¹cych prekursor α-MSH, proopiomelanokortynê (POMC). W obrêbie ARC oko³o 90% neuronów zawieraj¹cych NPY syntetyzuje te¿ inny oreksygenny peptyd, AgRP (agouti-related protein), endogenny antagonista receptora melanokortyn [36]), który hamuje uwalnianie α-MSH z le¿¹cych w bezporednim s¹siedztwie neuronów zawieraj¹cych POMC [58]. Neurony NPY/AgRP oraz neurony POMC wysy³aj¹ liczne projekcje do wielu okolic podwzgórza. Wykazano, ¿e g³ówny mechanizm oreksygennego dzia³ania ghreliny w podwzgórzu polega na nasileniu ekspresji NPY oraz AgRP w neuronach j¹dra ³ukowatego [37,43,51,62,63]. wiadcz¹ o tym obserwacje wskazuj¹ce na to, ¿e zablokowanie aktywacji neuronów NPY/AgRP przez antagonistów receptora NPY typu 1 (Y1-R) [63] oraz przez przeciwcia³a antyghrelinowe [51] hamuje pobieranie pokarmu stymulowane przez ghrelinê. W badaniach elektrofizjologicznych izolowanych skrawków podwzgórza wykazano znaczne zwiêkszenie spontanicznej aktywnoci neuronów zawieraj¹cych NPY pod wp³ywem ghreliny [19]. Jak 262 Z. KMIEÆ, M. WYRZYKOWSKA dot¹d nie rozstrzygniêto, czy oreksygenne dzia³anie ghreliny spowodowane jest aktywnoci¹ peptydu powstaj¹cego lokalnie w podwzgórzu, czy te¿ hormonu wytwarzanego w tkankach obwodowych (g³ównie w ¿o³¹dku), poniewa¿ iloæ ghreliny syntetyzowana w podwzgórzu stanowi tylko niewielk¹ czêæ produkcji hormonu w ¿o³¹dku [3,23]. Neurony zawieraj¹ce ghrelinê zlokalizowane s¹ w podwzgórzu w ci¹g³ym pamie komórek le¿¹cych bocznie od j¹dra przykomorowego, a nastêpnie pomiêdzy j¹drem grzbietowo-przyrodkowym i brzusznoprzyrodkowym, w okolicy oko³osklepieniowej, w ependymie III komory oraz w rodkowej czêci j¹dra ³ukowatego [19,30,42]. Aksony tych neuronów docieraj¹ do presynaptycznych terminali neuronów le¿¹cych w ARC, DMN, LH oraz PVN, a tak¿e do innych struktur mózgu poza podwzgórzem [19,30]. Zaobserwowano, ¿e w obrêbie ARC neurony zawieraj¹ce ghrelinê tworz¹ synaptyczne po³¹czenia aksodendrytyczne i aksosomatyczne z neuronami NPY/AgRP oraz z neuronami POMC [19]. Wystêpowanie obustronnych kontaktów synaptycznych miêdzy neuronami ghrelinowymi a neuronami NPY/AgRP w obrêbie j¹dra ³ukowatego [30] mo¿e wskazywaæ na istnienie ujemnej pêtli sprzê¿enia zwrotnego kontroluj¹cej uwalnianie silnego oreksygenu, jakim jest NPY. Oreksygenny efekt dzia³ania ghreliny ulega dodatkowo wzmocnieniu porednio wskutek zahamowania przez AgRP syntezy anoreksygennego α-MSH w neuronach zawieraj¹cych POMC, które s¹siaduj¹ z neuronami NPY/ArGP [19,58]. Pod wp³ywem ghreliny ulega te¿ obni¿eniu ekspresja receptorów leptyny w neuronach NPY/AgRP [73], co prowadzi do os³abienia anoreksygennego dzia³ania leptyny. Wp³yw ghreliny na orodki podwzgórza uczestnicz¹ce w regulacji przyjmowania pokarmów przedstawiono schematycznie na rycinie 1. Obok j¹dra ³ukowatego tak¿e inne czêci podwzgórza odgrywaj¹ istotn¹ rolê w dzia³aniu ghreliny: podanie tego peptydu do j¹dra bocznego silnie zwiêksza³o immunoreaktywnoæ bia³ka Fos, wczesnego wskanika aktywacji neuronów, w takich j¹drach podwzgórza, jak ARC, PVN i DMN [33]. Aksony zawieraj¹ce ghrelinê tworz¹ bezporednie po³¹czenia synaptyczne z neuronami LH produkuj¹cymi oreksynê (peptyd pobudzaj¹cy apeptyt), za orodkowo podana ghrelina silnie indukuje bia³ko Fos w oreksyno-immunoreaktywnych neuronach LH [54,72]. Zakoñczenia synaptyczne zawieraj¹ce ghrelinê obserwowano te¿ na aksonach neuronów zawieraj¹cych NPY w j¹drze przykomorowym oraz na niektórych neuronach tego j¹dra produkuj¹cych kortykoliberynê (CRF) [19]. Podanie ghreliny do j¹dra przykomorowego indukowa³o aktywnoæ bia³ka Fos w neuronach PVN, ARC, DMN, a tak¿e w neuronach cia³a migda³owatego i w j¹drze pasma samotnego [53]. Przytoczone dane dokumentuj¹ce udzia³ ghreliny w orodkowej kontroli pobierania pokarmu nie przes¹dzaj¹ o miejscu pochodzenia peptydu, który mo¿e docieraæ do podwzgórza zarówno drog¹ krwi, drog¹ dyfuzji poprzez narz¹d oko³okomorowy, jak te¿ mo¿e byæ uwalniany lokalnie z zakoñczeñ nerwowych (ryc. 1). Transport ghreliny poprzez barierê krew-mózg zachodzi za porednictwem bia³ka przenonikowego w kierunku od krwi do mózgu oraz bez udzia³u transportera w kierunku od mózgu do krwi, jednak efektywnoæ transportu domózgowego jest niewielka [7]. GHRELINA HORMON REGULUJ¥CY HOMEOSTAZÊ ENERGETYCZN¥ I SEKRECJÊ GH 263 RYCINA 1. Schemat przedstawia w uproszczony sposób g³ówne po³¹czenia neuronów (prostok¹ty) pobudzaj¹cych i hamuj¹cych pobieranie pokarmu w obrêbie j¹dra ³ukowatego (ARC). Neurony ghrelinoIr (immunoreaktywne) (GHRE) tworz¹ po³¹czenia z komórkami NPY/AgRP-Ir oraz POMC-Ir [19,30], z komórkami oreksyno-Ir (OX) w j¹drze bocznym podwzgórza (LH) [71], a tak¿e z neuronami DMN, PVN oraz strukturami poza podwzgórzem [19,30]. Neurony NPY/AgRP tworz¹ po³¹czenia z komórkami ghrelino-Ir [30] oraz hamuj¹ aktywnoæ komórek produkuj¹cych α-MSH [19]. Neurony NPY/AgRP oraz POMC/α-MSH le¿¹ce w j¹drze ³ukowatym maj¹ receptory dla leptyny (Ob-R, ) oraz wysy³aj¹ liczne projekcje do j¹der podwzgórza (PVN, LH, VMN, DMN) oraz pnia mózgu, g³ównych orodków uczestnicz¹cych w kontroli pobierania pokarmu. Nie zaznaczono obecnoci receptorów leptyny na neuronach innych j¹der podwzgórza oraz receptorów innych hormonów i neuropeptydów uczestnicz¹cych w kontroli równowagi energetycznej. W ARC znajduj¹ siê te¿ neurony syntetyzuj¹ce somatotropinê, GHRH, pobudzaj¹c¹ syntezê i uwalnianie hormonu wzrostu (GH) w przednim p³acie przysadki mózgowej (PPPM). Podwójne ko³a oznaczaj¹ transport ghreliny (ghre) do ARC i PPPM drog¹ krwi ROLA GHRELINY W MECHANIZMACH NERWOWEJ I HORMONALNEJ KONTROLI POBIERANIA POKARMU I RÓWNOWAGI ENERGETYCZNEJ. CZYNNIKI WP£YWAJ¥CE NA STʯENIE GHRELINY W SUROWICY KRWI Kontrola pobierania pokarmu nastêpuje w wyniku skomplikowanych oddzia³ywañ zachodz¹cych na szlakach neurogennych i dokrewnych okrelanych jako o: podwzgórze → pieñ mózgu → tkanki obwodowe albo o: mózg→¿o³¹dek-jelita→tkanka t³uszczowa [44]. Kluczowe dla takiego ujêcia ma okrelenie relacji pomiêdzy sygna³ami orodkowymi generowanymi przede wszystkim w podwzgórzu a sygna³ami obwodowymi, takimi, jak impulsacja neurogenna, hormony (m.in. cholecystokinina, ghrelina, 264 Z. KMIEÆ, M. WYRZYKOWSKA leptyna, insulina) oraz wch³oniête produkty trawienia (glukoza, kwasy t³uszczowe, aminokwasy). Istotny aspekt w regulowaniu iloci przyjmowanego pokarmu, a tym samym kontrolowaniu zasobów energetycznych organizmu odgrywa tak¿e czas oddzia³ywania sygna³ów na orodki steruj¹ce. Wród krótko dzia³aj¹cych czynników nerwowych, hormonalnych i metabolicznych wyró¿niæ mo¿na sygna³y sytoci (impulsy aferentne ze ciany przewodu pokarmowego, cholecystokinina i inne hormony ¿o³¹dkowo-jelitowe, insulina, wzrost stê¿enia glukozy we krwi) oraz sygna³y g³odu reprezentowane g³ównie przez ghrelinê i obni¿enie stê¿enia glukozy we krwi. Wydaje siê natomiast, ¿e leptyna (wydzielana g³ównie przez adipocyty, a tak¿e przez komórki g³ówne b³ony luzowej ¿o³¹dka) stanowi czynnik, który w normalnych warunkach odzwierciedla poziom zasobów energetycznych (iloæ trójglicerydów w adipocytach), dziêki czemu mo¿na j¹ uwa¿aæ za sygna³ decyduj¹cy o d³ugoterminowej kontroli homeostazy energetycznej. Kontrola ta zachodzi zarówno poprzez orodki podwzgórza kontroluj¹ce pobieranie pokarmu, jak i poprzez wp³yw na narz¹dy i tkanki obwodowe kluczowe dla magazynowania i przetwarzania substratów energetycznych, takie jak: tkanka t³uszczowa, miênie szkieletowe i w¹troba. Leptyna stanowi jednoczenie sygna³ sytoci, poniewa¿ jej stê¿enie we krwi ronie po zapocz¹tkowaniu spo¿ywania pokarmu [5], za u prawid³owo od¿ywionych ludzi i zwierz¹t hormon ten hamuje pobieranie pokarmu po up³ywie kliku godzin po podaniu do¿ylnym, dokomorowym i do j¹dra ³ukowatego podwzgórza [74]. Obecnoæ biologicznie aktywnej postaci receptora leptyny typu Ob-R stwierdzono na neuronach wielu j¹der podwzgórza, a szczególnie du¿e ich zagêszczenie wykazano w j¹drze ³ukowatym [18,74]. Aktywacja receptorów leptyny w podwzgórzu prowadzi do zahamowania uwalniania NPY oraz AgRP [36] i do wydzielania anoreksygennego α-MSH [18]. Zaproponowano, ¿e leptyna wywiera sta³y tonizuj¹cy wp³yw na aktywnoæ neuronów NPY/AgRP, za zahamowanie jej dzia³ania na te komórki, m.in. przez zmniejszenie przez ghrelinê ekspresji Ob-R na tych komórkach [73], mo¿e zwiêkszaæ oreksygenne dzia³anie NPY [36]. Ten zasadniczo prawdziwy, choæ uproszczony, model antagonistycznego udzia³u ghreliny i leptyny w regulacji przyjmowania pokarmu poprzez ich oddzia³ywanie na neurony j¹dra ³ukowatego pomija wp³yw tych hormonów na inne struktury orodkowego uk³adu nerwowego, nie uwzglêdnia te¿ roli insuliny jako hormonu uczestnicz¹cego w d³ugoterminowej regulacji homeostazy energetycznej. Badania ostatnich lat wskazuj¹ na to, ¿e ghrelina mo¿e stanowiæ g³ówny sygna³ niezbêdny do zapocz¹tkowania karmienia i dostosowania iloci spo¿ywanego po¿ywienia do wydatków energetycznych. Hormon ten, wydzielany przez ¿o³¹dek w du¿ej iloci tu¿ przed rozpoczêciem pobierania pokarmu [20], mo¿e stanowiæ pierwotny sygna³ uruchamiaj¹cy aktywnoæ oreksygenn¹ podwzgórza. Stê¿enie ghreliny we krwi jest wysokie w stanie g³odzenia [61,71,74] i szybko obni¿a siê po rozpoczêciu karmienia [20]. Podczas g³odzenia zawartoæ mRNA ghreliny w ¿o³¹dku, podwzgórzu i przysadce mózgowej wielokrotnie ronie [41,42,74], podobnie jak ekspresja receptorów GHS-R1a w podwzgórzu, co sprzyja szybkiej i skutecznej aktywacji mechanizmów pobudzaj¹cych pobieranie pokarmu. Wydzielanie ghreliny, które ma charakter pulsacyjny, jest cile zwi¹zane z rytmem oko³odobowym: jej stê¿enie we krwi szczura silnie ronie przed pocz¹tkiem fazy ciemnej cyklu wietlnego i wyranie spada tu¿ po jej rozpoczêciu, czyli GHRELINA HORMON REGULUJ¥CY HOMEOSTAZÊ ENERGETYCZN¥ I SEKRECJÊ GH 265 po rozpoczêciu pobierania pokarmu [61]. U ludzi bodce wêchowe i smakowe, po których nie nastêpowa³o spo¿ywanie pokarmu (tzw. sham feeding), obni¿a³y stê¿enie ghreliny we krwi, co wskazuje na istotn¹ rolê uk³adu nerwowego w regulacji wydzielania peptydu [4]. Obok orodków korowych i podkorowych wa¿n¹ rolê odgrywa aktywacja uk³adu przywspó³czulnego, która prowadzi do sekrecji ghreliny, natomiast zablokowanie receptorów muskarynowych obni¿a poziom hormonu we krwi [11]. Wydzielanie ghreliny zmienia siê w ró¿nych fazach ontogenezy, przy czym obserwuje siê specyfikê gatunkow¹: podczas starzenia siê ludzi stê¿enie ghreliny w surowicy krwi ulega obni¿eniu [59], podobnie jak zawartoæ mRNA ghreliny w ¿o³¹dku starych myszy [48]. Natomiast stê¿enie ghreliny w surowicy krwi ma³p Rhesus jest ni¿sze u zwierz¹t w rednim wieku, a podwy¿szone u osobników m³odych i starych [2]. Przewlek³e podawanie ghreliny parenteralnie, dokomorowo lub w okolicê j¹dra ³ukowatego prowadzi³o u kontrolnych, normalnie karmionych zwierz¹t i ludzi do zwiêkszonego pobierania pokarmu oraz umiarkowanego przyrostu masy cia³a [78], który w znacznej mierze spowodowany by³ wzrostem masy tkanki t³uszczowej wskutek zmniejszonego zu¿ycia lipidów [74]. Do pewnego stopnia stê¿enie ghreliny we krwi jest odwrotnie proporcjonalne do wskanika masy cia³a (BMI): u osób oty³ych poziom ghreliny jest obni¿ony [59], za redukcja masy cia³a prowadzi u nich do wzrostu stê¿enia hormonu [31]; poziom ghreliny jest te¿ wy¿szy u osób szczup³ych oraz u chorych na jad³owstrêt psychiczny [59]. U ludzi rodzaj pokarmu (bogaty w wêglowodany, lipidy lub bia³ka), p³eæ, stopieñ oty³oci oraz wystêpowanie insulinoopornoci wywieraj¹ istotny wp³yw na stê¿enie ghreliny w surowicy krwi [8,28]. Zmiany stê¿enia ghreliny w surowicy krwi przebiegaj¹ przeciwnie ni¿ leptyny, której stê¿enie we krwi ronie po spo¿yciu posi³ku, natomiast podczas g³odzenia amplituda pulsów ghreliny ronie, za leptyny maleje [5]. Ró¿ne czynniki i stany wp³ywaj¹ce na stê¿enie ghreliny we krwi wymieniono w tabeli 2. Niejednoznaczny wp³yw leptyny i insuliny na stê¿enie ghreliny w surowicy krwi (tab. 2) mo¿e wynikaæ z ró¿nego okresu podawania tych hormonów oraz innego stanu od¿ywienia badanych zwierz¹t. WP£YW GHRELINY NA UWALNIANIE HORMONU WZROSTU I INNYCH HORMONÓW Drug¹, poza udzia³em w regulacji przyjmowania pokarmu i homeostazy energetycznej, istotn¹ funkcjê ghreliny stanowi stymulacja uwalniania hormonu wzrostu, co wykazano in vivo [42,69] oraz in vitro [42]. Podobnie do syntetycznych zwi¹zków pobudzaj¹cych uwalnianie hormonu wzrostu (GHS) ghrelina pobudza uwalnianie GH [65] zarówno poprzez bezporedni wp³yw na komórki somatotropowe przysadki mózgowej [38], jak te¿ porednio poprzez uwalnianie somatoliberyny [38,57]. £¹czne podanie GHRH oraz ghreliny wywiera synergistyczny wp³yw na wydzielanie hormonu wzrostu [32,57]. Wzrost stê¿enia GH we krwi pod wp³ywem ghreliny jest zale¿ny od obecnoci receptorów typu GHS-R, poniewa¿ nie wystêpuje u myszy pozbawionych genu tego 266 Z. KMIEÆ, M. WYRZYKOWSKA TABELA 2. Czynniki wp³ywaj¹ce na stê¿enie ghreliny w surowicy krwi Stê¿enie ghreliny we krwi obni¿a: spo¿ycie pokarmu glukoza i dieta bogata w wêglowodany insulina leptyna glukokortykoidy kortystatyna somatostatyna GLP- 1 (glucagon-lik e pept ide 1) gastryna GIP (gast ric inhibit ory polypept ide) oty³oæ podwy¿sza: [20] [20,28,74] [39,47] [39] [55] [10] [10,47] [47] [47] [47] [31] g³odzenie posi³ek bogaty w lipidy (u cz³owieka) hipoglikemia po podaniu insuliny glukagon leptyna [20,71,74] [28] [71] [39] [71] receptora [66]. Z drugiej strony wykazano, ¿e somatoliberyna nasila ekspresjê genu ghreliny w przysadce mózgowej, a zmniejszenie sekrecji GHRH w stanach, takich jak: hyperkortyzolemia, nadczynnoæ tarczycy i g³odzenie, skorelowane jest z obni¿on¹ zawartoci¹ ghreliny w przysadce [38]. W warunkach naturalnych u cz³owieka [45], ale nie u swobodnie poruszaj¹cych siê szczurów [52] zaobserwowano wystêpowanie korelacji miêdzy pulsacyjnym wydzielaniem GH a pulsami sekrecji ghreliny w godzinach wieczornych i nocnych. Ghrelina znacznie s³abiej podwy¿sza stê¿enie hormonu wzrostu w surowicy krwi osób w podesz³ym wieku [8], co mo¿e wp³ywaæ na zmniejszenie amplitudy sekrecji GH w tym okresie ¿ycia. Obecnoæ ghreliny w komórkach somato-, lakto- i tyreotropowych (ale nie kortykotropowych) przysadki mózgowej wskazuje na mo¿liwoæ udzia³u tego peptydu w regulowaniu funkcji tych komórek w drodze parakrynnej [14]. U ludzi ghrelina podwy¿sza stê¿enie we krwi GH, prolaktyny, ACTH i kortyzolu [8], natomiast glikokortykosterydy zarówno endogenne, jak i egzogenne obni¿aj¹ stê¿enie peptydu we krwi [54]. Obserwacje te wskazuj¹ na mo¿liwoæ udzia³u ghreliny w regulacji odpowiedzi na stres. Ghrelina wp³ywa te¿ na obwodowe gruczo³y dokrewne. W wyspach trzustkowych obecne s¹ komórki (tzw. small endocrine cells) syntetyzuj¹ce ghrelinê, która prawdopodobnie oddzia³uje na drodze parakrynnej na inne komórki wysp Langerhansa [75]. Ghrelina syntetyzowana jest te¿ w komórkach warstwy k³êbkowatej kory nadnerczy, a jej miejscowe dzia³anie mo¿e obejmowaæ pobudzenie proliferacji tych komórek, przy braku stymulacji syntezy hormonów sterydowych [1]. W przeciwieñstwie do nadnerczy, w j¹drach szczura ghrelina, obok zwiêkszenia liczby komórek Leydiga, nasila syntezê i uwalnianie testosteronu [8]. GHRELINA HORMON REGULUJ¥CY HOMEOSTAZÊ ENERGETYCZN¥ I SEKRECJÊ GH 267 DZIA£ANIE GHRELINY W UK£ADZIE POKARMOWYM I NACZYNIOWO-SERCOWYM Wystêpowanie komórek syntetyzuj¹cych ghrelinê w bezporednim s¹siedztwie innych komórek endokrynnych, które produkuj¹ liczne peptydy wp³ywaj¹ce na motorykê przewodu pokarmowego i wydzielanie soków trawiennych, nasunê³o przypuszczenie o mo¿liwym wp³ywie tego hormonu na funkcje tego uk³adu. Istotnie, zaobserwowano, ¿e parenteralne podanie ghreliny pobudza opró¿nianie ¿o³¹dka poprzez nasilenie skurczów miêniówki g³adkiej, a tak¿e wzrost kurczliwoci innych odcinków cewy pokarmowej [21,24,49]. Wzrost wydzielania kwasu solnego w ¿o³¹dku pod wp³ywem ghreliny zachodzi poprzez aktywacjê nerwu b³êdnego [49], poniewa¿ ghrelina nie wywiera bezporedniego wp³ywu na aktywnoæ sekrecyjn¹ komórek ok³adzinowych ¿o³¹dka produkuj¹cych kwas solny oraz komórek endokrynnych ¿o³¹dka wydzielaj¹cych histaminê, gastrynê i somatostatynê [24]. Ghrelina dzia³a cytoprotekcyjnie w stosunku do uszkodzeñ b³ony luzowej ¿o³¹dka wywo³anych u szczura przez podanie do¿o³¹dkowe podanie etanolu lub przez stres zanurzenia w wodzie: ochronny efekt hormonu zachodzi poprzez aktywacjê nerwu b³êdnego oraz zwiêkszenie miejscowego przep³ywu krwi wywo³ane przez tlenek azotu i prostaglandyny [12,64]. Interesuj¹ce dane przynios³y badania nad wp³ywem ghreliny na uk³ad sercowonaczyniowy. Ghrelina, a tak¿e syntetyczne stymulatory wydzielania hormonu wzrostu, wykazuj¹ w³aciwoci kardioprotekcyjne w modelu reperfuzyjnego uszkodzenia miênia sercowego [15] oraz w hodowli komórkowej. Efekty te mog¹ byæ zwi¹zane z hamowaniem apoptozy kardiomiocytów, przy czym podobne w³aciwoci ma te¿ nieacylowana postaæ ghreliny [6]. Ghrelina hamowa³a aktywacjê czynnika transkrypcyjnego NFκB oraz sekrecjê cytokin prozapalnych indukowan¹ przez TNF (czynnik martwicy nowotworów) w hodowlach komórek ródb³onka naczyñ, a tak¿e u zwierz¹t poddanych dzia³aniu endotoksyny [46]. ROLA GHRELINY W WIETLE BADAÑ NA GENETYCZNIE ZMODYFIKOWANYCH MYSZACH Uzyskanie szczepów myszy pozbawionych genów ghreliny, jej receptora, NPY, AgRP, NPY i AgRP (tzw. podwójny nokaut) oraz receptora melanokortyny (MCH) typu 4 dostarczy³o ciekawych obserwacji. Myszy pozbawione genu ghreliny maj¹ fenotyp podobny do szczepu dzikiego: ich wzrost i masa cia³a s¹ prawid³owe, normalnie pobieraj¹ pokarm zarówno w warunkach podstawowych, jak i po stymulacji przez egzogenn¹ ghrelinê [67], za ekspresja w podwzgórzu neuropeptydów uczestnicz¹cych w kontroli pobierania pokarmu (NPY, AgRP i MCH) jest podobna do zwierz¹t szczepu dzikiego [67,77]. U myszy pozbawionych genu receptora GHS ghrelina nie stymuluje ani uwalniania hormonu wzrostu, ani pobierania pokarmu, co wiadczy o kluczowej roli receptorów GHS-R w dzia³aniu peptydu; jednak masa cia³a takich zwierz¹t oraz iloæ spo¿ywanego przez nie pokarmu nie ró¿ni¹ siê istotnie od myszy kontrolnych [66]. 268 Z. KMIEÆ, M. WYRZYKOWSKA U myszy z delecj¹ genu NPY obserwowano wyrane zahamowanie pobierania pokarmu stymulowanego przez obwodowo podan¹ ghrelinê, delecja genu AgRP nie wywiera³a takiego efektu, natomiast u myszy z podwójn¹ delecj¹ genów NPY i AgRP ghrelina w ogóle nie pobudza³a pobierania pokarmu, przy czym podstawowa, tj. niestymulowana aktywnoæ pokarmowa by³a taka sama jak u kontroli [16]. Oreksygenny efekt ghreliny by³ tak¿e wyranie os³abiony u myszy pozbawionych genu receptora melanokortyny typu 4 (obecnego m.in. w komórkach POMC/α-MSH podwzgórza), którego endogennym antagonist¹ jest AgRP, hamuj¹cy anoreksygenne dzia³anie α-MSH [16]. Przedstawione dane wskazuj¹ na to, ¿e orodkowa kontrola czêstoci przyjmowania po¿ywienia, iloci pokarmu i preferencji w wyborze jego odpowiedniego sk³adu przebiega z udzia³em kilku kluczowych neuropeptydów i hormonów obwodowych, których nak³adaj¹ce i uzupe³niaj¹ce siê dzia³anie stanowi rodzaj zabezpieczenia homeostatu energetycznego przed uszkodzeniami jego podstawowych elementów steruj¹cych. W wietle wyników przedstawionych badañ mo¿na przypuszczaæ, ¿e fizjologiczna rola ghreliny polega na tym, ¿e stanowi ona generowany w ¿o³¹dku (oraz w podwzgórzu) sygna³ aktywuj¹cy mechanizmy nerwowe w obrêbie podwzgórza i pnia mózgu, które prowadz¹ do zapocz¹tkowania pobierania pokarmu w stanach g³odu i ujemnego bilansu energetycznego. Aktywnoæ pokarmowa, pobudzana przez ghrelinê, wyra¿a siê integracj¹ czynnoci ruchowych, autonomicznych, sekrecji neuropeptydów i hormonów oraz wielokierunkow¹ aktywacj¹ uk³adu pokarmowego. W warunkach fizjologicznych ghrelina prawdopodobnie uczestniczy tak¿e w kontroli uwalniania hormonu wzrostu. Poznane dot¹d w³aciwoci ghreliny wskazuj¹ na mo¿liwoæ terapeutycznego stosowania tego peptydu lub agonistów jej receptora w stanach wyniszczenia organizmu (jad³owstrêt psychiczny, AIDS lub choroba nowotworowa). Bli¿sze poznanie roli ghreliny w patogenezie takich zaburzeñ metabolicznych, jak cukrzyca insulino-niezale¿na lub oty³oæ, mo¿e otworzyæ inne mo¿liwoci terapeutycznego zastosowania ghreliny, jej agonistów lub antagonistów receptora GHS-R. LITERATURA [1] ANDREIS PG, MALENDOWICZ LK, TREJTER M, NERI G, SPINAZZI R, ROSSI GP, NUSSDORFER GG. Ghrelin and growth hormone secretagogue receptor are expressed in the rat adrenal cortex: evidence that ghrelin stimulates the growth, but not the secretory activity of adrenal cell. FEBS Lett 2003; 536: 173179. [2] ANGELONI SV, GLYNN N, AMBROSINI G, GARANT MJ, HIGLEY JD, SUOMI S, HANSEN BC. Characterization of the Rhesus monkey ghrelin gene and factors influencing ghrelin gene expression and fasting plasma levels. Endocrinology 2004; 145: 21972205. [3] ARIYASU H, TAKAYA K, TAGAMI T, OGAWA Y, HOSODA N, AKAMIZU T, SUDA M, KOH T, NATSUI K, TOYOOKA S, SHIRAKAMI G, USUI T, SHIMATSU A, DOI K, HOSODA H, KOJIMA M, KANGAWA K, NAKAO K. Stomach is a major source of circulating ghrelin, and feeding state determines plasma ghrelin-like immunoreactivity levels in humans. J Clin Endocrinol Metab 2001; 86: 47534758. [4] AROSIO M, RONCHI CL, BECK-PECCOZ P, GEBBIA C, GIAVOLI C, CAPPIELLO V, CONTE D, PERACCHI M. Effects of modified sham feeding on ghrelin levels in healthy human subjects. J Clin Endocrinol Metab 2004; 89: 51015104 GHRELINA HORMON REGULUJ¥CY HOMEOSTAZÊ ENERGETYCZN¥ I SEKRECJÊ GH 269 [5] BAGNASCO M, KALRA PS, BAGNASCO M, KALRA PS, KALRA SP. Ghrelin and leptin pulse discharge in fed and fasted rats. Endocrinology 2002; 143: 726729. [6] BALDANZI G, FILIGHEDDU N, CUTRUPI S, CATAPANO F, BONISSONI S, FUBINI A, MALAN D, BAJ G, GRANATA R, BROGLIO F. Ghrelin and des-acyl ghrelin inhibit cell death in cardiomyocytes and endothelial cells through ERK1/2 and PI 3-kinase/AKT. J Cell Biol 2002; 159: 10291037. [7] BANKS WA, TSCHOP M, ROBINSON SM, HEIMAN ML. Extent and direction of ghrelin transport across the blood-brain barrier is determined by its unique primary structure. J Pharmacol Exp Ther 2002; 302: 822827. [8] BROGLIO F, BENSO A, CASTIGLIONI C, GOTTERO C, PRODAM F, DESTEFANIS S, GAUNA C, VAN DER LELY AJ, DEGHENGHI R, BO M, ARVAT E, GHIGO E. The endocrine response to ghrelin as a function of gender in humans in young and elderly subjects. J Clin Endocrinol Metab 2003; 88: 1537 1542. [9] BROGLIO F, GOTTERO C, PRODAM F, GAUNA C, MUCCIOLI G, PAPOTTI M, ABRIBAT T, VAN DER LELY AJ, GHIGO E. Non-acylated ghrelin counteracts the metabolic but not the neuroendocrine response to acylated ghrelin in humans. J Clin Endocrinol Metab 2004; 89: 30623065. [10] BROGLIO F, KOETSVELD PV P, BENSO A, GOTTERO C, PRODAM F, PAPOTTI M, MUCCIOLI G, GAUNA C, HOFLAND L, DEGHENGHI R, ARVAT E, VAN DER LELY AJ, GHIGO E. Ghrelin secretion is inhibited by either somatostatin or cortistatin in humans. J Clin Endocrinol Metab 2002; 87: 48294832. [11] BROGLIO F, GOTTERO C, VAN KOETSVELD P, PRODAM F, DESTEFANIS S, BENSO A, GAUNA C, HOFLAND L, ARVAT E, van der LELY AJ, GHIGO E. Acetylcholine regulates ghrelin secretion in humans. J Clin Endocrinol Metab 2004; 89: 24292433. [12] BRZOZOWSKI T, KONTUREK PC, KONTUREK SJ, KWIECIEN S, ROZDOWICZ D, BIELANSKI W, PAJDO R, PTAK A, NIKIFORUK A, PAWLIK WW, HAHN EG. Exogenous and endogenous ghrelin in gastroprotection against stress-induced gastric damage. Regul Pept 2004; 120: 3951. [13] CAMINA JP, CARREIRA MC, EL MESSARI S, LLORENS-CORTES C, SMITH RG, CASANUEVA FF. Desensitization and endocytosis mechanisms of ghrelin-activated growth hormone secretagogue receptor 1a. Endocrinology 2004; 145: 930940. [14] CAMINOS JE, NOGUEIRAS R, BLANCO M, SEOANE LM, BRAVO S, ALVAREZ CV, GARCIA-CABALLERO T, CASANUEVA FF, DIEGUEZ C. Cellular distribution and regulation of ghrelin messenger ribonucleic acid in the rat pituitary gland. Endocrinology 2003; 144: 50895097. [15] CHANG L, REN Y, LIU X, LI WG, YANG J, GENG B, WEINTRAUB NL, TANG C. Protective effects of ghrelin on ischemia/reperfusion injury in the isolated rat heart. J Cardiovasc Pharmacol 2004; 43: 165 170. [16] CHEN HY, TRUMBAUER ME, CHEN AS, WEINGARTH DT, ADAMS JR, FRAZIER EG, SHEN Z. Orexigenic action of peripheral ghrelin is mediated by neuropeptide Y and agouti-related protein. Endocrinology 2004; 145: 26072612. [17] CHOI K, ROH SG, HONG YH, SHRESTHA YB, HISHIKAWA D, CHEN C, KOJIMA M, KANGAWA K, SASAKI S. The role of ghrelin and growth hormone secretagogues receptor on rat adipogenesis. Endocrinology 2003; 144: 754759. [18] COWLEY MA, SMART JL, RUBINSTEIN M, CERDAN MG, DIANO S, HORVATH TL, CONE RD, LOW MJ. Leptin activates anorexigenic POMC neurons through a neural network in the arcuate nucleus. Nature, 2001; 411: 480484. [19] COWLEY MA, SMITH RG, DIANO S, TSCHOP M, PRONCHUK N, GROVE KL. The distribution and mechanism of action of ghrelin in the CNS demonstrates a novel hypothalamic circuit regulating energy homeostasis. Neuron 2003; 37: 649661. [20] CUMMINGS DE, PURNELL JQ, FRAYO RS, SCHMIDOVA K, WISSE BE, WEIGLE DS. A preprandial rise in plasma ghrelin levels suggests a role in meal initiation in humans. Diabetes 2001; 50: 17141719. [21] DATE Y, KOJIMA M, HOSODA H, SAWAGUCHI A, MONDAL MS, SUGANUMA T, MATSUKURA S, KANGAWA K, NAKAZATO M. Ghrelin, a novel growth hormone-releasing acetylated peptide, is synthesized in a distinct endocrine cell type in the gastrointestinal tracts of rats and human. Endocrinology 2000; 141: 42554261. [22] DASS NB, MUNONYRARA M, BASSIL AK, HERVIEU GJ, OSBOURNE S, CORCORAN S, MORGAN M, SANGER GJ. Growth hormone secretagogue receptors in rat and human gastrointestinal tract and the effects of ghrelin. Neuroscience 2003; 120: 443453. [23] DE LA COUR CD, BJORKIQVIST M, SANDVIK AK, BAKKE I, ZHAO CM, CHEN D, HAKANSON R. A-like cells in the rat stomach contain ghrelin and do not operate under gastrin control. Regul Pept 2001; 99: 141150. 270 Z. KMIEÆ, M. WYRZYKOWSKA [24] DE LA COUR CD, KINDSTROM E, NORLEN P, HAKANSON R. Ghrelin stimulates gastric emptying but is without effect on acid secretion and gastric endocrine cells. Regul Pept 2004; 120: 2332. [25] DIXIT VD, SCHAFFER EM, PYLE RS, COLLINS GD, SAKTHIVEL SK, PALANIAPPAN R, LILLARD JW, TAUB DD. Ghrelin inhibits leptin- and activation-induced proinflammatory cytokine expression by human monocytes and T cells. J Clin Invest 2004; 114: 5766. [26] GAYTAN F, BARREIRO ML, CAMINOS JE, CHOPIN LK, HERINGTON AC, MORALES C, PINILLA L, PANIAGUA R, NISTAL M, CASANUEVA FF, AGUILAR E, DIEGUEZ C, TENA-SEMPERE M. Expression of ghrelin and its functional receptor, the type 1a growth hormone secretagogue receptor, in normal human testis and testicular tumors. J Clin Endocrinol Metab 2004; 89: 400409. [27] GNANAPAVAN S, KOLA B, BUSTIN SA, MORRIS DG, MCGEE P, FAIRCLOUGH P, BHATTACHARYA S, CARPENTER R, GROSSMAN AB, KORBONITS M. The tissue distribution of the mRNA of ghrelin and subtypes of its receptor, GHS-R, in humans. J Clin Endocrinol Metab 2002; 87: 29882991. [28] GREENMAN Y, GOLANI N, GILAD S, YARON M, LIMOR R, STERN N. Ghrelin secretion is modulated in a nutrient- and gender-specific manner. Clin Endocrinol (Oxf) 2004; 60: 382388. [29] GUAN XM, YU H, PALYHA OC, McKEE KK, FEIGHNER SD, SIRINATHSINGHJI DJ, SMITH RG, VAN DER PLOEG LH, HOWARD AD. Distribution of mRNA encoding the growth hormone secretagogue receptor in brain and peripheral tissues. Brain Res Mol Brain Res 1997; 48: 2329. [30] GUAN JL, WANG QP, KAGEYAMA H, TAKENOYA F, KITA T, MATSUOKA T, FUNAHASHI H, SHIODA S. Synaptic interactions between ghrelin- and neuropeptide Y-containing neurons in the rat arcuate nucleus. Peptides 2003; 24: 19211928 [31] HANSEN TK, DALL R, HOSODA H, KOJIMA M, KANGAWA K, CHRISTIANSEN JS, JORGENSEN JO. Weight loss increases circulating levels of ghrelin in human obesity. Clin Endocrinol (Oxf) 2002; 56: 203206. [32] HATAYA Y, AKAMIZU T, TAKAYA K, KANAMOTO N, ARIYASU H, SAIJO M, MORIYAMA K, SHIMATSU A, KOJIMA M, KANGAWA K, NAKAO K. A low dose of ghrelin stimulates growth hormone (GH) release synergistically with GH-releasing hormone in humans. J Clin Endocrinol Metab 2001; 86: 45524555. [33] HEWSON AK, DICKSON SL. Systemic administration of ghrelin induces Fos and Egr-1 proteins in the hypothalamic arcuate nucleus of fasted and fed rats. Neuroendocrinology 2000; 12: 10471049. [34] HOSODA H, KOJIMA M, MIZUSHIMA T, SHIMIZU S, KANGAWA K. Structural divergence of human ghrelin. Identification of multiple ghrelin-derived molecules produced by post-translational processing. J Biol Chem 2003; 278: 6470. [35] IGLESIAS MJ, PINEIRO R, BLANCO M, GALLEGO R, DIEGUEZ C, GUALILLO O, GONZALEZJUANATEY JR, LAGO F. Growth hormone releasing peptide (ghrelin) is synthesized and secreted by cardiomyocytes. Cardiovasc Res 2004; 62: 481488. [36] KALRA SP, KALRA PS. Neuropeptide Y: a physiological orexigen modulated by the feedback action of ghrelin and leptin. Endocrine 2003; 22: 4956. [37] KAMEGAI J, TAMURA H, SHIMIZU T, ISHII S, SHUGIHARA H, WAKABAYASHI I. Chronic central infusion of ghrelin increases hypothalamic neuropeptide Y and Agouti-related protein mRNA levels and body weight in rats. Diabetes 2001; 50: 24382443. [38] KAMEGAI J, TAMURA H, SHIMIZU T, ISHII S, TATSUGUCHI A, SUGIHARA H, OIKAWA S, KINEMAN RD. The role of pituitary ghrelin in growth hormone (GH) secretion: GH-releasing hormone-dependent regulation of pituitary ghrelin gene expression and peptide content. Endocrinology 2004; 145: 37313738. [39] KAMEGAI J, TAMURA H, SHIMIZU T, ISHII S, SUGIHARA H, OIKAWA S. Effects of insulin, leptin, and glucagon on ghrelin secretion from isolated perfused rat stomach. Regul Pept 2004; 119: 7781. [40] KANAMOTO N, AKAMIZU T, TAGAMI T, HATAYA Y, MORIYAMA K, TAKAYA K, HOSODA H, KOJIMA M, KANGAWA K, NAKAO K. Genomic structure and characterization of the 5'-flanking region of the human ghrelin gene. Endocrinology 2004; 145: 41444153. [41] KIM MS, YOON CY, PARK KH, SHIN CS, PARK KS, KIM SY, CHO BY, LEE HK. Changes in ghrelin and ghrelin receptor expression according to feeding status. Neuroreport 2003; 14: 13171320. [42] KOJIMA M, HOSODA H, DATE Y, NAKAZATO M, MATSUO H, KANGAWA K. Ghrelin is a growthhormone-releasing acylated peptide from stomach. Nature 1999; 402: 656660. [43] KOHNO D, GAO HZ, MUROYA S, KIKUYAMA S, YADA T. Ghrelin directly interacts with neuropeptide-Y-containing neurons in the rat arcuate nucleus: Ca2+ signaling via protein kinase A and N-type channel-dependent mechanisms and cross-talk with leptin and orexin. Diabetes 2003; 52: 948956. GHRELINA HORMON REGULUJ¥CY HOMEOSTAZÊ ENERGETYCZN¥ I SEKRECJÊ GH 271 [44] KONTUREK SJ, KONTUREK JW, PAWLIK T, BRZOZOWSKI T. Brain-gut axis and its role in the control of food intake. J Physiol Pharmacol 2004; 55: 137154. [45] KOUTKIA P, CANAVAN B, BREU J, JOHNSON ML, GRINSPOON SK. Nocturnal ghrelin pulsatility and response to growth hormone secretagogues in healthy men. Am J Physiol Endocrinol Metab 2004; 287: 506512. [46] LI WG, GAVRILA D, LIU X, WANG L, GUNNLAUGSSON S, STOLL LL, MCCORMICK ML, SIGMUND CD, TANG C, WEINTRAUB NL. Ghrelin inhibits proinflammatory responses and nuclear factor-kappaB activation in human endothelial cells. Circulation 2004; 109: 22212226. [47] LIPPL F, KIRCHER F, ERDMANN J, ALLESCHER HD, SCHUSDZIARRA V. Effect of GIP, GLP-1, insulin and gastrin on ghrelin release in the isolated rat stomach. Regul Pept 2004; 119: 9398. [48] LIU YL, YAKAR S, OTERO-CORCHON V, LOW MJ, LIU JL.Ghrelin gene expression is age-dependent and influenced by gender and the level of circulating IGF-I. Mol Cell Endocrinol 2002; 189: 97103. [49] MASUDA Y, TANAKA T, INOMATA N, OHNUMA N, TANAKA S, ITOH Z, HOSODA H, KOJIMA M, KANGAWA K. Ghrelin stimulates gastric acid secretion and motility in rats. Biochem Biophys Res Commun 2000; 276: 905-908. [50] MORI K, YOSHIMOTO A, TAKAYA K, HOSODA K, ARIYASU H, YAHATA K, MUKOYAMA M, SUGAWARA A, HOSODA H, KOJIMA M, KANGAWA K, NAKAO K. Kidney produces a novel acylated peptide, ghrelin. FEBS Lett 2000; 486: 213216. [51] NAKAZATO M, MURAKAMI N, DATE Y, KOJIMA M, MATSUO H, KANGAWA K, MATSUKURA S. A role for ghrelin in the central regulation of feeding. Nature 2001; 409: 194198. [52] OKIMURA Y, UKAI K, HOSODA H, MURATA M, IGUCHI G, IIDA K, KAJI H, KOJIMA M, KANGAWA K, CHIHARA K. The role of circulating ghrelin in growth hormone (GH) secretion in freely moving male rats. Life Sci 2003; 72: 25172524. [53] OLSZEWSKI PK, GRACE MK, BILLINGTON CJ, LEVINE AS. Hypothalamic paraventricular injections of ghrelin: effect on feeding and c-Fos immunoreactivity. Peptides 2003; 24: 919923. [54] OLSZEWSKI PK, LI D, GRACE MK, BILLINGTON CJ, KOTZ CM, LEVINE AS. Neural basis of orexigenic effects of ghrelin acting within lateral hypothalamus. Peptides 2003; 24: 597602 [55] OTTO B, TSCHOP M, HELDWEIN W, PFEIFFER AF, DIEDERICH S. Endogenous and exogenous glucocorticoids decrease plasma ghrelin in humans. Eur J Endocrinol 2004; 151: 113117. [56] PETERSENN S, RASCH AC, PENSHORN M, BEIL FU, SCHULTE HM. Genomic structure and transcriptional regulation of human growth hormone secretagogue receptor. Endocrinology 2001; 142: 26492659. [57] POPOVIC V, MILJIC D, MICIC D, DAMJANOVIC S, ARVAT E, GHIGO E, DIEGUEZ C, CASANUEVA FF. Ghrelin main action on the regulation of growth hormone release is exerted at hypothalamic level. J Clin Endocrinol Metab 2003; 88: 34503453. [58] RIEDIGER T, TRAEBERT M, SCHMID H, SCHEEL C, LUTZ TA, SCHARRER E. Site-specific effects of ghrelin on the neuronal activity in the hypothalamic arcuate nucleus. Neurosci Lett 2003; 341: 151155. [59] RIGAMONTI AE, PINCELLI AI, CORRA B, VIARENGO R, BONOMO SM, GALIMBERTI D, SCACCHI M, SCARPINI E, CAVAGNINI F, MULLER EE. Plasma ghrelin concentrations in elderly subjects: comparison with anorexic and obese patients. J Endocrinol 2002; 175: 15. [60] RINDI G, NECCHI V, SAVIO A, TORSELLO A, ZOLI M, LOCATELLI V, RAIMONDO F, COCCHI D, SOLCIA E. Characterisation of gastric ghrelin cells in man and other mammals: studies in adult and fetal tissues. Histochem Cell Biol 2002; 117: 511519. [61] SANCHEZ J, OLIVER P, PICO C, PALOU A. Diurnal rhythms of leptin and ghrelin in the systemic circulation and in the gastric mucosa are related to food intake in rats. Pflugers Arch 2004; 448: 500506. [62] SEOANE LM, LOPEZ M, TOVAR S, CASANUEVA FF, SENARIS R. Agouti-related peptide, neuropeptide Y, and somatostatin-producing neurons are targets for ghrelin actions in the rat hypothalamus. Endocrinology 2003; 144: 544551. [63] SHINTANI M, OGAWA Y, EBIHARA K, AIZAWA-ABE M, MIYANAGA F, TAKAYA K, HAYASHI T, INOUE G, HOSODA K, KOJIMA M, KANGAWA K, NAKAO K. Ghrelin, an endogenous growth hormone secretagogue, is a novel orexigenic peptide that antagonizes leptin action through the activation of hypothalamic neuropeptide Y/Y1 receptor pathway. Diabetes 2001; 50: 227232. [64] SIBILIA V, RINDI G, PAGANI F, RAPETTI D, LOCATELLI V, TORSELLO A, CAMPANINI N, DEGHENGHI R, NETTI C. Ghrelin protects against ethanol-induced gastric ulcers in rats: studies on the mechanisms of action. Endocrinology 2003; 144: 353359. [65] SMITH RG, SUN Y, BETANCOURT L, ASNICAR M. Growth hormone secretagogues: prospects and potential pitfalls. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab 2004; 18: 333347. 272 Z. KMIEÆ, M. WYRZYKOWSKA [66] SUN Y, WANG P, ZHENG H, SMITH RG. Ghrelin stimulation of growth hormone release and appetite is mediated through the growth hormone secretagogue receptor. Proc Natl Acad Sci USA 2004; 101: 46794684. [67] SUN Y, AHMED Z, SMITH RG. Deletion of ghrelin impairs neither growth nor appetite. Molec Cell Biol 2003; 23:79737981. [68] SUNDLER F, HAKANSON R. Gastric endocrine cell typing at the light microscopic level. W: Hakanson R, Sundler F [red.] The stomach as an endocrine organ. Amsterdam: Elsevier 1991: 926. [69] TANNENBAUM GS, EPELBAUM J, BOWERS CY. Interrelationship between the novel peptide ghrelin and somatostatin/growth hormone-releasing hormone in regulation of pulsatile growth hormone secretion. Endocrinology 2003; 144: 967974. [70] THOMPSON NM, GILL DAS, DAVIES R, LOVERIDGE N, HOUSTON PA, ROBINSON ICAF, WELLS T. Ghrelin and des-octanoyl ghrelin promote adipogenesis directly in vivo by a mechanism independent of the type 1a growth hormone secretagogue receptor. Endocrinology 2004; 145: 234242. [71] TOSHINAI K, MONDAL MS, NAKAZATO M, DATE Y, MURAKAMI N, KOJIMA M, KANGAWA K, MATSUKURA S. Upregulation of ghrelin expression in the stomach upon fasting, insulin-induced hypoglycemia and leptin administration. Biochem Biophys Res Commun 2001; 281: 12201225. [72] TOSHINAI K, DATE Y, MURAKAMI N, SHIMADA M, MONDAL MS, SHIMBARA T, GUAN JL, WANG QP, FUNAHASHI H, SAKURAI T, SHIODA S, MATSUKURA S, KANGAWA K, NAKAZATO M. Ghrelin-induced food intake is mediated via the orexin pathway. Endocrinology 2003; 144: 15061512. [73] TRAEBERT M, RIEDIGER T, WHITEBREAD S, SCHARRER E, SCHMID HA. Ghrelin acts on leptinresponsive neurones in the rat arcuate nucleus. J Neuroendocrinology 2002; 14: 580586. [74] TSCHÕP M, SMILEY DL, HEIMAN ML. Ghrelin induces adiposity in rodents. Nature 2000; 407: 908 913. [75] WIERUP N, YANG S, MCEVILLY RJ, MULDER H, SUNDLER F. Ghrelin is expressed in a novel endocrine cell type in developing rat islets and inhibits insulin secretion from INS-1 (832/13) cells. J Histochem Cytochem 2004; 52: 301310. [76] WILLESEN MG, KRISTENSEN P, ROMER J. Co-localization of growth hormone secretagogue receptor and NPY mRNA in the arcuate nucleus of the rat. Neuroendocrinology 1999; 70: 306316. [77] WORTLEY KE, ANDERSON KD, GARCIA K, MURRAY JD, MALINOVA L, LIU R, MONCRIEFFE M, THABET K, COX HJ, YANCOPOULOS GD, WIEGAND SJ, SLEEMAN MW. Genetic deletion of ghrelin does not decrease food intake but influences metabolic fuel preference. Proc Natl Acad Sci USA 2004; 101: 82278232. [78] WREN AM, SEAL LJ, COHEN MA, BRYNES AE, FROST GS, MURPHY KG, DHILLO WS, GHATEI M, BLOOM SR. Ghrelin enhances appetite and increases food intake in humans. J Clin Endocrinol Metab 2002; 86: 59925997. [79] XIA Q, PANG W, PAN H, ZHENG Y, KANG JS, ZHU SG. Effects of ghrelin on the proliferation and secretion of splenic T lymphocytes in mice. Regul Pept 2004; 122:173178. Redaktor prowadz¹cy Maciej Zabel Otrzymano: 20.12.2004 r. Przyjêto: 10.02.2005 r. ul. Dêbinki 1, 80-210 Gdañsk e-mail: [email protected]
